CN209858405U - 基于机器光学的pcb板缺陷检测系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所涉及一种基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置，其包括待测PCB板，照明单元，运动控制单元，图像采集单元，以及图像处理单元；因照明单元是采用背光照明的方式实现，照明单元包括工作台，透光毛玻璃，以及光源；光源是由8支20W的荧光灯管构成，荧光灯的频闪为30KHZ。使用时，将光源布置在工作台的下方，光线通过工作台及透光毛玻璃漫折射之后，均匀照射在PCB板表面，使得PCB板表面能够均匀的突出物体的轮廓特征，方便采集图像单元能够清晰准确的拍取PCB板表面轮廓，有利于提高检测时的准确性和可靠性。与现有技术同类产品相互比较，本实用新型换具有提高检测时检测速度和适应性的技术问题。

Description

基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种用于PCB检测领域的基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置。

【背景技术】

印刷电路板缺陷检测是电子产品生产过程中必不可少的重要环节。所述的自动光学检测是自动产线中PCB板检测的核心技术。然而，目前对PCB 板缺陷检测的方式主要分为人工视检，电气检测，机器视觉检测。在自动化程度上，人工视检是依赖与人为的经验及主观判断，不适合用于现代高精度高强度的PCB生产检测环境中，相对其他检测方式自动化程度低。在灵活性上，电气检测要求在PCB板基本完成的情况下才能对其进行检测。由于采用通电检测方式对PCB板进行检测，容易导致在检测过程中可能对PCB板造成损害。为了解决此问题，随后出现一种PCB板缺陷视觉检测装置，该检测装置虽然能够检测到安装在PCB板上面的电子元件的技术缺陷，但是，所述检测装置在检测的检测速度慢，准确率比较低，可靠性低，以及适应性比较差的技术特点。

【实用新型内容】

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种有利于提高检测时检测速度，准确率，可靠性，以及适应性的基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置。

为此解决上述技术问题，本实用新型中的技术方案所采用一种基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置，其包括待测PCB板，照明单元，运动控制单元，图像采集单元，以及图像处理单元；所述的图像处理单元与图像采集单元，所述的运动控制单元与图像处理单元连接，所述的图像采集单元与待测PCB板相互连接，所述的照明单元与待测PCB板相互连接，所述照明单元是采用背光照明的方式实现，照明单元包括工作台，安装在工作台下面透光毛玻璃，以及放置透光毛玻璃上面的光源；所述的光源是由8支20W的荧光灯管构成，所述的荧光灯的频闪为30KHZ。

进一步限定，所述图像采集单元包括镜头，与镜头相互配合的CCD相机；所述镜头是由日本RICOH公司的FL-HC1214-2M型工业镜头构成的；所述CCD相机是由德国BASLER认证CCD工业相机构成；所述CCD相机包括CCD光电传感器，与CCD光电传感器相互连接的垂直驱动器，与垂直驱动器相互连接的时序产生电路，与时序产生电路相互的连接的信号处理电路，分别与时序产生电路和信号处理电路相互连接的与外设电子接口的接口电路。

进一步限定，所述的运动控制单元包括PCB装夹平台，X-Y轴运动平台，运动控制卡，伺服电机；PCB装夹平台负责待测PCB板的支撑和定位；X-Y轴运动平台通过高精度丝杠实现平面内的精确位移；运动控制卡和伺服电机与PC端相配合，实现对待测PCB板位置信息的监测和控制，对运动反馈信息分析，补偿运动误差，调整装夹平台位置。

进一步限定，所述的图像处理单元是由PC主机构成，该PC主机包括图像预处理模块，图像配准模块，以及缺陷检测和识别模块；所述的图像预付处理模块包括图像增强模块，图像分割模块。

本实用新型的有益技术效果：因所述照明单元是采用背光照明的方式实现，照明单元包括工作台，安装在工作台下面透光毛玻璃，以及放置透光毛玻璃上面的光源；所述的光源是由8支20W的荧光灯管构成，所述的荧光灯的频闪为30KHZ。使用时，将所述的光源布置在工作台的下方，光线通过工作台及透光毛玻璃漫折射之后，均匀照射在PCB板表面，使得PCB板表面能够均匀的突出物体的轮廓特征，方便采集图像单元能够清晰准确的拍取PCB板表面轮廓，有利于提高检测时的准确性和可靠性。与现有技术同类产品相互比较，本实用新型换具有提高检测时检测速度和适应性的技术问题。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本实用新型中基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置的示意图；

图2为本实用新型中照明单元的示意图；

图3为本实用新型中图像采集单元的示意图；

图4为本实用新型中CCD相机的结构示意图；

【具体实施方式】

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参考图1至图4所示，下面结合实施例说明一种基于机器光学的PCB 板缺陷检测系统装置，其包括待测PCB板4，照明单元，运动控制单元，图像采集单元，以及图像处理单元。所述的图像处理单元与图像采集单元，所述的运动控制单元与图像处理单元连接，所述的图像采集单元与待测PCB板4相互连接，所述的照明单元与待测PCB板4相互连接。

所述照明单元是采用背光照明的方式实现，照明单元包括工作台1，安装在工作台1上面透光毛玻璃2，以及放置透光毛玻璃2下面的光源3；所述的光源 3是由8支20W的荧光灯管构成，所述的荧光灯的频闪为30KHZ。所述的背光照明是从物体背面射入均匀视场的光线提高照明的一种方式，该背光照明的特点是能够突出物体轮廓特征，光线均匀，发热量低，结构简单，所述的背光照明常用电子元件的尺寸检测，半导体引线框的外观和尺寸检测等技术问题。背光照明为照明单元的照明方式。照明系统的光源3由8支20W的荧光灯管组成，荧光灯的频闪为30KHZ。将8支灯管对齐排布在工作台1的下方，在工作台1上方摆放透光毛玻璃2，一方面可以作为载物台承载待测PCB板4，另一方面作为漫射板，使照明系统的光照更加均匀。照明单元的设计主要包括光源选取和照明方式的选取两个方面。照明方式的选取即确定光源3和被照射物体的相对位置关系。高频的荧光灯的光线均匀度最佳，扩散性最好，亮度适中，可以满足对亮度要求不是很高的实验环境的要求，稳定性较好，使用寿命在1500-3000小时，温度对其影响较小。

所述图像采集单元包括镜头，与镜头相互配合的CCD相机5；所述镜头是由日本RICOH公司的FL-HC1214-2M型工业镜头构成的；所述CCD相机5是由德国 BASLER认证CCD工业相机构成；所述CCD相机5包括CCD光电传感器，与CCD 光电传感器相互连接的垂直驱动器，与垂直驱动器相互连接的时序产生电路，与时序产生电路相互的连接的信号处理电路，分别与时序产生电路和信号处理电路相互连接的与外设电子接口的接口电路。图像采集单元是获取待测PCB裸板图像的重要环节，直接影响检测结果的好坏，获取满足精度要求的图像是设计的目标。在本实施例中，所述镜头与CCD相机5相互匹配安装，完全能够PCB 板缺陷检测系统要求。所述的镜头主要负责光学成像，将目标的光学图像聚焦在CCD光电传感器的光敏面阵上。所述镜头通常需要考虑工作距离、视场、分辨率以及景深等因素。焦距和CCD相机5大小决定了工作距离和视场大小，镜头焦距越短，景深越大；反之，镜头焦距越长，景深则越小。所以，操作人员可以通过调整焦距来控制景深，以保证成像的质量。CCD相机具有体积小，噪声低，分辨率高，精度高以及使用简易等优点，能够高速获取高质量图像，完全能够满足PCB缺陷检测系统的需求。所述的CCD相机5 的芯片尺寸为1/2，所述的PCB板的尺寸为110毫米X70毫米，CCD相机的视场FOV为120毫米X80毫米，取物距WD为200毫米，分别从垂直方向和水平方向计算镜头焦距FL1为10.6毫米，FL2为12毫米。

所述的图像处理单元是由PC主机构成，该PC主机包括图像预处理模块，图像配准模块，以及缺陷检测和识别模块；所述的图像预付处理模块包括图像增强模块，图像分割模块。在CCD相机5获取待测PCB裸板的图像后，通过USB3.0上传至PC端，通过PC端事先编写好的图像处理软件，完成对PCB板缺陷的检测和识别的目的。在CCD相机5采集到待测PCB板的图像是不能在检测和识别时直接使用的，而是必须先对图像采集单元采集的图像进行预处理。所述图像预处理模块功能是改善图像质量，简化图像信息，删除不必要的信息，同时突出需要的信息和特征。所述的图像预处理单元包括图像增强模块和图像分割模块。所述的图像增强模块的目的是增强图像的对比度，突出需要的特性信息，滤波和减少噪声。所述图像分割模块是根据后续检测算法的需要，将图像信息中的特征和背景区别开，将图像转化成二值图，便于后续识别和处理。在进行图像预处理之前，必须先理清图像的类型和相互之间的关系，这是进行图像处理的基础。在数字图像处理领域，将图像分为模拟图像和数字图像两种，计算机处理的都是数字信号，所以在计算机上处理的都是数字图像。常见的图像类型有RGB图像、灰度图像、索引图像、二值图和多帧图像等。图像增强的目的在于改善图像的视觉效果，突出图像中感兴趣的部分，抑制不感兴趣的部分，使得图像更加清晰，便于计算机对图像进行进一步的分析和处理，提高图像的使用价值。图像分割模块为，在进行PCB 板缺陷的检测和识别时，需要的只是走线、字符等特征信息，虽然将彩色图片灰度化后减少了图像的复杂度，但在识别时，灰度图的信息还是太多了，所以在识别之前，需要进行图像分割，将灰度图转化为二值图。

所述的运动控制单元包括PCB装夹平台，X-Y轴运动平台，运动控制卡，伺服电机；PCB装夹平台负责待测PCB板4的支撑和定位；X-Y轴运动平台通过高精度丝杠实现平面内的精确位移；运动控制卡和伺服电机与PC端相配合，实现对待测PCB板位置信息的监测和控制，对运动反馈信息分析，补偿运动误差，调整装夹平台位置。PCB装夹平台负责待测PCB板4的支撑和定位；X-Y轴运动平台通过高精度丝杠实现平面内的精确位移；运动控制卡和伺服电机与PC端相配合，实现对待测PCB板4位置信息的监测和控制，对运动反馈信息分析，补偿运动误差，调整PCB装夹平台位置。

所述的光源3是由8支20W的高频荧光灯组成的、透光毛玻璃2，CCD相机 5和配套的镜头、图像采集箱和计算机组成。采用封闭式的图像采集箱，可以避免外界环境对光源的干扰，减少噪声的产生。所述的透光毛玻璃的尺寸为500毫米x 450毫米，CCD相机5的高度可以手动调节，物距的可调范围为150毫米至 250毫米。

首先要对预处理过的图像进行边缘检测，提取特征轮廓，然后从轮廓中根据需要选择所需的特征，得到特征信息，完成图像的配准。因为边缘检测之后的图像质量参差不齐，为了更加准确的找到所需的特征点，需要进行形态学处理，对边缘检测后的图像细节进行完善。将最终找到的待测图像和标准图像的特征圆的圆心进行重合，就可以完成两幅图像的配准。

先通过CCD相机5获取PCB板的彩色图像，该彩色图像命名为PCB彩色图像，将PCB彩色图像转变为PCB灰度图像；然后为了使待测PCB灰度图像与标准PCB图像精确配准，采用透视变换算法对PCB灰度图进行旋转定位；再针对PCB焊盘与线路灰度差异不明显的问题，采用对比度增强算法对PCB定位图像进行增强。所述的检测装置针对主要的PCB缺陷，如短路、断路、缺口、毛刺、孔洞、余铜等，设计并实现了PCB板缺陷视觉检测与识别算法。算法先对PCB板图像目标区域进行腐蚀，再对腐蚀图像进行距离变换，得到距离灰度图，将此图与标准PCB距离灰度图进行对比，检测出缺陷区域。然后通过提取缺陷区域的轮廓、欧拉数、连通域和面积等特征，构建分类决策树，对缺陷类型进行识别，从而有效检测并识别PCB板缺陷，具有较高的准确率。

综上所述，因所述照明单元是采用背光照明的方式实现，照明单元包括工作台1，安装在工作台1上面透光毛玻璃2，以及放置透光毛玻璃2上面的光源3；所述的光源3是由8支20W的荧光灯管构成，所述的荧光灯的频闪为30KHZ。使用时，将所述的光源布置在工作台1的下方，光线通过工作台及透光毛玻璃2漫折射之后，均匀照射在PCB板表面，使得PCB板表面能够均匀的突出物体的轮廓特征，方便采集图像单元能够清晰准确的拍取 PCB板表面轮廓，有利于提高检测时的准确性和可靠性。与现有技术同类产品相互比较，本实用新型换具有提高检测时检测速度和适应性的技术问题。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。

Claims (4)

1.一种基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置，其包括待测PCB板，照明单元，运动控制单元，图像采集单元，以及图像处理单元；所述的图像处理单元与图像采集单元，所述的运动控制单元与图像处理单元连接，所述的图像采集单元与待测PCB板相互连接，所述的照明单元与待测PCB板相互连接，其特征在于：所述照明单元是采用背光照明的方式实现，照明单元包括工作台，安装在工作台上面透光毛玻璃，以及放置透光毛玻璃下面的光源；所述的光源是由8支20W的荧光灯管构成，所述的荧光灯的频闪为30KHZ。

2.根据权利要求1所述基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置，其特征在于：所述图像采集单元包括镜头，与镜头相互配合的CCD相机；所述镜头是由日本RICOH公司的FL-HC1214-2M型工业镜头构成的；所述CCD相机是由德国BASLER认证的CCD工业相机构成；所述CCD相机包括CCD光电传感器，与CCD光电传感器相互连接的垂直驱动器，与垂直驱动器相互连接的时序产生电路，与时序产生电路相互的连接的信号处理电路，分别与时序产生电路和信号处理电路相互连接的与外设电子接口的接口电路。

3.根据权利要求1所述基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置，其特征在于：所述的运动控制单元包括PCB装夹平台，X-Y轴运动平台，运动控制卡，伺服电机；PCB装夹平台负责待测PCB板的支撑和定位；X-Y轴运动平台通过高精度丝杠实现平面内的精确位移；运动控制卡和伺服电机与PC端相配合，实现对待测PCB板位置信息的监测和控制，对运动反馈信息分析，补偿运动误差，调整装夹平台位置。

4.根据权利要求1所述基于机器光学的PCB板缺陷检测系统装置，其特征在于：所述的图像处理单元是由PC主机构成，该PC主机包括图像预处理模块，图像配准模块，以及缺陷检测和识别模块；所述的图像预付处理模块包括图像增强模块，图像分割模块。